Giáo trình Gia công tia lửa điện (Nghề: Vẽ và thiết kế trên máy tính - Trung cấp) - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LƯU HUY HẠNH (Chủ biên)
NGUYỄN VĂN CHÍN–NGƠ DUY HIỆP

GIÁO TRÌNH GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN
Nghề: Vẽ và thiết kế trên máy tính
Trình độ: Trung cấp
(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội - Năm 2021


LỜI GIỚI THIỆU
Trong chiến lược phát triển và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao phục
vụ cho sự nghiệp cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Nhất là trong lĩnh
vực cơ khí – Vẽ và thiết kế trên máy tính là một nghề đào tạo ra nguồn nhân lực
tham gia thiết kế và chế tạo các chi tiết máy đòi hỏi các sinh viên học trong
trường cần được trang bị những kiến thức, kỹ năng cần thiết để làm chủ các
công nghệ sau khi ra trường tiếp cận được các điều kiện sản xuất của các doanh
nghiệp trong và ngồi nước. Khoa Cơ khí trường Cao đẳng nghề Việt Nam –
Hàn Quốc thành phố Hà Nội đã biên soạn cuốn giáo trình mơ đun Gia cơng tia
lửa điện nhằm mục đích cung cấp cho sinh viên kiến thức về một phương pháp
gia công mới trong lĩnh vực gia cơng cơ khí, qua đó sinh viên hiểu được thêm về
các phương án công nghệ trong gia công. Phục tốt cho quá trình thiết kế các chi
tiết máy
Cấu trúc giáo trình được chia thành 4 bài như sau:
Bài 1: Cơ sở công nghệ gia công tia lửa điện.
Bài 2: Gia công trên máy cắt dây Môlipden.
Bài 3: Gia công trên máy cắt dây đồng.

Bài 4: Gia công trên máy xung định hình.
Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình biên soạn, song khơng tránh khỏi
những sai sót. Chúng tơi rất mong nhận được những đóng góp ý kiến của các
bạn và đồng nghiệp để cuốn giáo trình hồn thiện hơn.
Địa chỉ đóng góp về khoa Cơ khí, Trường Cao Đẳng Nghề Việt Nam –
Hàn Quốc TP Hà Nội, Đường Uy Nỗ – Đông Anh – Hà Nội.
Hà Nội, ngày

tháng

Nhóm biên soạn

1

năm 2021


MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU ............................................................................................... 1
MỤC LỤC ............................................................................................................ 2
Bài 1 Cơ sở công nghệ gia công tia lửa điện ..................................................... 5
1.1. Bản chất vật lý của q trình phóng tia lửa điện. ....................................... 5
1.2. Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện. ............................................. 12
1.3. Lượng hớt vật liệu. ................................................................................... 14
1.4. Chất lượng bề mặt khi gia công tia lửa điện. ........................................... 15
1.5. Sự mòn của điện cực. ............................................................................... 18
Bài 2 Gia công trên máy cắt dây Molipden .................................................... 21
2.1. Cấu tạo, nguyên lý và vận hành máy cắt dây Molipden. ......................... 21
2.2. Thực hành trên phần mềm cắt dây. .......................................................... 25
2.3. Thực hành nối dây và thiết lập điểm gốc phơi. ........................................ 42

2.4. Thiết lập quy trình gia công chi tiết và hiệu chỉnh thông số làm việc. .... 42
Bài 3 Gia công trên máy cắt dây đồng ............................................................ 47
3.1. Cấu tạo, nguyên lý và vận hành máy cắt dây đồng. ................................. 47
3.2. Thực hành trên phần mềm cắt dây. .......................................................... 53
3.3. Thực hành nối dây và thiết lập điểm gốc phơi. ........................................ 64
3.4. Thiết lập quy trình gia công chi tiết và hiệu chỉnh thông số làm việc. .... 73
Bài 4 Gia công trên máy xung định hình ........................................................ 94
4.1. Cấu tạo, nguyên lý và vận hành máy xung điện. ..................................... 94
4.2. Thực hành trên phần mềm máy xung điện. ............................................ 104
4.3. Thiết lập quy trình gia công chi tiết và hiệu chỉnh thông số làm việc. .. 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 119

2


CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN
Tên mơ đun 28: Gia cơng tia lửa điện
Mã số của mô đun: MĐ 28
Thời gian của mô đun: 60 giờ.

(LT: 10 giờ; BT: 46 giờ; KT:04giờ)

I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT MƠ ĐUN
- Vị trí:
+ Trước khi học mơ đun này học sinh đã hồn thành MH09, MH12, MH13,
MH14, MH15, MH16,MĐ20, MĐ21, MĐ22, MĐ 25, MĐ32, MĐ33.
- Tính chất:
+ Là mơ đun bắt buộc
II. MỤC TIÊU MƠ ĐUN:
- Kiến thức:

+ Trình bày được nguyên lý hoạt động, độ chính xác, khả năng cơng nghệ
và cơng dụng của máy gia cơng tia lửa điện;
+ Trình bày được cấu tạo, chức năng các bộ phận chính của máy;
+ Phân tích được ngơn ngữ máy, cấu trúc lệnh và cấu trúc chương trình gia
cơng trên máy gia cơng tia lửa điện;
+ Vận dụng được các phương pháp lập trình để giải quyết được các bài tốn
lập trình gia cơng các sản phẩm cơ bản.
- Kỹ năng:
+ Vận hành thành thạo máy gia công tia lửa điện để gia công sản phẩm đạt
yêu cầu kỹ thuật của bản vẽ, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người và thiết bị;
+ Tuân thủ đúng quy trình, quy phạm kỹ thuật khi lập trình gia cơng và vận
hành máy gia cơng tia lửa điện.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Có ý thức tuân thủ tốt các nội quy;
+ Yêu nghề, có ý thức giữ gìn và bảo vệ tài sản, thiết bị.
III. NỘI DUNG MÔ ĐUN:
1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:

3


Thời gian (giờ)
Số
TT

Tên các bài trong mơ đun

Tổng
số

Thực hành,
Lý
thí nghiệm, Thi/Kiểm
thuyết thảo luận,
tra*
bài tập

1

Bài 1: Cơ sở công nghệ gia
công tia lửa điện

05

02

03

0

2

Bài 2: Gia công trên máy cắt
dây Molipden

15

02

12

01

3

Bài 3: Gia công trên máy cắt
dây đồng

15

02

12

01

4

Bài 4: Gia công trên máy xung
điện

25

04

19

02

Cộng

60

10

46

04

* Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết được tính vào giờ lý thuyết, kiểm tra thực
hành được tính bằng giờ thực hành.

4


Bài 1
Cơ sở công nghệ gia công tia lửa điện
Mục tiêu
- Trình bày được bản chất vật lý và cơ cấu tách vật liệu trong gia cơng tia
lửa điện;
- Trình bày được đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện;
- Trình bày được chất lượng bề mặt gia công và ảnh hưởng của các thông
số đến chắt lượng bề mặt gia cơng.
- Rèn luyện tính kỷ ḷt, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực
sáng tạo trong học tập.
Nội dung
1.1. Bản chất vật lý của q trình phóng tia lửa điện.
1.1.1. Tổng quan về gia công tia lửa điện
a) Lịch sử phát triển
Phương pháp gia công tia lửa điện (Electric Discharge Machining –

EDM) được phát triển vào năm 1943 ở Liên Xô bởi hai vợ chồng người Nga tại
trường Đại học Moscow là Giáo sư – Tiến sĩ Boris Lazarenko và Tiến sĩ Natalya
Lazarenko. Cho đến nay, phương pháp gia công này đã được phổ biến rộng rãi
khắp nơi trên thế giới. Nguyên tắc của phương pháp này là bắn phá chi tiết để
tách vật liệu bằng nguồn năng lượng nhiệt rất lớn được sinh ra khi cho hai điện
cực tiến gần nhau. Trong hai điện cực này, một đóng vai trị là dao và một đóng
vai trị là phơi trong q trình gia cơng.
Trong thập niên 1960 đã có nhiều nghiên cứu sâu rộng về gia công EDM
và đã giải quyết được nhiều vấn đề liên quan đến mơ hình tính tốn q trình gia
công EDM. Trong thập niên 1970 đã xảy ra cuộc cách mạng về gia công trên
máy cắt dây EDM nhờ vào việc phát triển các máy phát xung công suất lớn, các
loại dây cắt và các phương pháp sục chất điện môi hữu hiệu. Hiện nay, các máy
EDM đã được thiết kế khá hồn chỉnh và q trình gia cơng được điều khiển
theo chương trình số.

Hình 1.1: Gia cơng tia lửa điện

5


b) Nguyên lý gia công
Đặt một điện áp một chiều giữa 2 điện cực (một được gọi là dụng cụ và
một gọi là phôi chi tiết). Chúng được nhúng ngập trong 1 dung dịch cách điện
đặc biệt (gọi là dung dịch điện ly). Điện áp này thường nằm trong khoảng 80V
đến 200V.
Khi đưa 2 điện cực tiến lại gần nhau, đến một khoảng cách  đủ nhỏ thì
xảy ra sự phóng tia lửa điện. Điều này có thể giải thích là do điện trường giữa
khe hở đủ lớn (đạt khoảng 104 V/m) dẫn đến việc iơn hố dung dịch điện ly và
nó trở thành dẫn điện. Tia lửa điện phóng qua khe hở này và hình thành kênh
dẫn điện, nhiệt độ lên đến khoảng 100000C làm bốc hơi vật liệu các điện cực.

Áp suất vùng này sẽ cao hơn các vùng khác.
Nguồn điện được ngắt đột ngột làm cho tia lửa điện biến mất. Do sự
chênh lệch áp suất và do dung dịch lạnh từ ngoài tràn vào kênh dẫn điện gây ra
tiếng nổ nhỏ và làm hoá rắn hơi vật liệu thành các hạt ơ-xít kim loại. Sau đó,
dung dịch điện ly được khôi phục trạng thái cũ của nó: khơng dẫn điện.

Hình 1.2: ngun lý của gia cơng tia lửa điện

6


Nguồn điện được cung cấp lại và tia lửa điện lại xuất hiện.
Có thể thấy những điểm mấu chốt của phương pháp gia công tia lửa
điện gồm: Nguồn cung cấp điện áp dạng xung: thời gian ngắt nguồn điện là
khoảng thời gian cần thiết để dung dịch điện ly có thể khơi phục lại trạng thái
khơng dẫn điện của nó và sẵn sàng cho xung gia công tiếp theo. Nếu thời gian
này khơng có hay nhỏ q sẽ làm dung dịch điện ly luôn ở trạng thái dẫn
điện. Điều này làm cho tia lửa điện phát triển thành hồ quang gây hỏng bề
mặt chi tiết và dụng cụ.
Các điện cực làm bằng 2 loại vật liệu khác nhau và được nhúng ngập
trong dung dịch điện ly: dung dịch này có chức năng chính là mơi trường hình
thành kênh dẫn điện.
Giữa các điện cực ln có 1 khe hở nhỏ được gọi là khe hở phóng điện.
Khe hở này cần được đảm bảo trong suốt q trình gia cơng để duy trì sự ổn
định của tia lửa điện.
Phơi của q trình gia công là các giọt kim loại bị tách ra khỏi các điện
cực và đông đặc lại thành những hạt nhỏ hình cầu. Khi các hạt này bị đẩy ra
khỏi vùng gia công, khe hở giữa hai điện cực lớn lên, sự phóng điện khơng cịn
nữa. Để đảm bảo q trình gia cơng liên tục, người ta điều khiển điện cực dụng
cụ đi xuống sao cho khe hở giữa hai điện cực là không đổi và ứng với điện áp

nạp vào tụ C.
1.1.2. Bản chất vật lý của quá trình phóng tia lửa điện
Có một câu hỏi được dạt gia q trình gia cơng tia lửa điện thì vật liệu
được tách ra thế nào?

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý

7


Theo sơ đồ nguyên lý:
Một điện áp được đặt giữa điện cực và phơi. Khơng gian giữa hai điện cực
đó được điền đầy bởi một chất lỏng cách điện gợi là chất điện môi (Dielectric).
Cho hai điện cực áp lại gần nhau, đến một khoảng cách nào đó thì xảy ra
sự phóng tia lửa điện. Một dịng điện xuất hiện một cách tức thời.
Khi phóng tia lửa điện, các điện cực không tiếp xúc với nhau. Nếu chúng
chạm vào nhau thì sẽ khơng có tia lửa điện mà sẽ xảy ra một dịng ngắn mạch,
có hại đối với q trình gia cơng. Nếu khe hở q lớn thì lại khơng thể xảy ra sự
phóng tia lửa điện, làm giảm năng suất gia công.
Sơ đồ trên cho ta thấy diễn biến của điện áp và dòng điện ở một máy xung
định hình, được sinh ra bởi một máy phát tĩnh, trong những khoảng thời gian
xác định của một chu kỳ xung. Đây là đồ thị điển hình của chu kỳ xung trong
gia công tia lửa điện. Đặc điểm của đồ thị này là dòng điện i e của xung bao giờ
cũng xuát hiện trễ hơn một khoảng thời gian td (độ trễ đánh lửa) so với thời điểm
bắt đầu có điện áp máy phát ui; ue và ie là các giá trị trung bình của điện áp và
dịng điện khi phóng tia lửa điện.
Q trình ăn mịn của một xung gia cơng được trải qua 3 giai đoạn: giai
đoạn hình thành kênh dẫn điện, giai đoạn phóng tia lửa điện làm bốc hơi vật liệu
và giai đoạn phục hồi:
a) Giai đoạn 1: Hình thành kênh dẫn điện

Các đặc điểm chính của giai đoạn này là:
Giai đoạn này được xác định trong khoảng thời gian khi bắt đầu có điện
áp (cấp bởi nguồn) và kết thúc khi điện áp bắt đầu giảm.
Mô tả hiện tượng: khi điện trường giữa 2 điện cực tăng lên do việc đưa
chúng đến gần nhau làm cho vận tốc của các ion và điện tử tự do (có trong lớp
dung dịch điện ly ở giữa các điện cực) tăng lên và bị hút về phía cực trái dấu.
Trong quá trình di chuyển, chúng va đập với các phân tử trung hoà và làm tách
ra các ion và điện tử mới. Cứ như vậy, khi khoảng cách càng nhỏ làm từ trường
và động năng của các ion và điện tử càng lớn dẫn đến hình thành một dịng
chuyển dịch có hướng của ion và điện tử tạo nên dòng điện.
Kết quả: dung dịch điện ly trở nên dẫn điện ở cuối giai đoạn này.

Hình 1.4: Sự hình thành kênh dẫn điện

8


b) Giai đoạn 2: phóng điện và làm bốc hơi vật liệu
Thời gian của giai đoạn này được tính từ khi điện áp bắt đầu giảm đến
một trị số xác định và giữ nguyên cho đến khi giảm về 0V (ngắt nguồn)

Hình 1.5: Sự phóng điện qua kênh dẫn điện

Mơ tả hiện tượng: dòng điện xuất hiện trong kênh dẫn điện kèm theo sự
xuất hiện tia lửa điện. Tại kênh dẫn điện, năng lượng tập trung rất lớn (đạt cỡ
105 đến 107 W/mm2) làm cho nhiệt độ tại đó đạt tới 10000o C. Vật liệu của các
điện cực tại nơi xuất hiện tia lửa điện bị bốc hơi bởi nhiệt độ cao. Bên cạnh đó
cịn có một lượng nhỏ vật liệu bị tách khỏi bề mặt các điện cực do sự va đập của
các ion và điện tử lên bề mặt của chúng.
Giai đoạn này chính là giai đoạn có ích trong cả một xung gia cơng: ăn

mịn vật liệu tạo thành hình dáng chi tiết theo yêu cầu.
c) Giai đoạn 3: hóa rắn hơi vật liệu và phục hồi

Hình 1.6: Sự phục hồi

Thời gian ngắt nguồn điện là khoảng thời gian của giai đoạn này.
Mô tả hiện tượng: nguồn xung bị ngắt đột ngột, dung dịch điện ly lạnh ở
xung quanh tràn vào gây nên sự thay đổi áp suất đột ngột tạo nên tiếng nổ nhỏ.
Hơi của vật liệu điện cực hoá rắn do việc giảm nhiệt độ đột ngột tạo nên các hạt
ơ-xít kim loại có kích thước nhỏ (cỡ vài trăm micro mét). Các hạt ơ-xít này
không dẫn điện hoặc dẫn điện rất kém (tuỳ vào vật liệu các điện cực).
9


Kết thúc giai đoạn này, dung dịch điện ly lấy lại trạng thái ban đầu của
nó: khơng dẫn điện.
Một xung gia công kết thúc. Các giai đoạn trên được lặp lại cho các xung
gia công kế tiếp theo.
Sau hàng loạt xung gia cơng có ích, vật liệu của các điện cực bị ăn mòn
dần theo từng lớp. Người ta thường chọn vật liệu dụng cụ có khả năng chịu ăn
mịn hơn (bằng đồng hay graphite) nên chi tiết dần bị ăn mịn nhiều và sẽ mang
hình dáng của dụng cụ.
1.1.3. Thiết bị gia công tia lửa điện
a) Gia công EDM có thể được phân loại như sau:
+ Gia cơng xung định hình EDM (Die Sinking EDM hay Ram-EDM)
+ Gia cơng vi EDM (Micro EDM)
+ Gia công EDM bằng dây cắt (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM)
+ Khoan EDM (EDM drilling)
+ Máy lấy mũi tarô bị gãy (Broken Tap Remover)
+ Máy xung định hình (trên) và máy cắt dây (dưới)

+ Máy EDM dùng điện cực thỏi còn được gọi là máy xung định hình. Điện
cực trên máy này có dạng thỏi được chế tạo sao cho biên dạng của nó giống với
bề mặt cần gia cơng. Máy này có thể được điều khiển bằng tay, ZNC hay CNC.
Loại điều khiển bằng tay có độ chính xác kém nên hiện nay ít dùng.
+ Máy EDM dùng điện cực dây (hay còn gọi là máy cắt dây). Điện cực trên
máy này là một dây mảnh được cuốn liên tục và được chạy theo một biên dạng
cho trước. Loại máy cắt dây EDM truyền thống được điều khiển bằng tay, kém
chính xác. Hiện nay, chủ yếu người ta sử dụng máy cắt dây CNC.
b) Điện cực dụng cụ
Trong gia cơng xung định hình, điện cực dụng cụ đóng vai trị cực kì quan
trọng vì độ chính xác gia cơng một phần phụ thuộc vào độ chính xác của điện
cực. Việc lựa chọn hợp lý vật liệu điện cực là một yếu tố quan trọng. Điều này
khơng những ảnh hưởng đến độ chính xác gia cơng, mà cịn ảnh hưởng đến tính
kinh tế thơng qua năng suất và độ hao mịn điện cực trung bình. Giá của điện
cực có thể chiếm 80% chi phí gia cơng.
Các loại vật liệu có thể dùng làm điện cực cho gia cơng xung định hình
thường là đồng đỏ, đồng – volfram, bạc-volfram, đồng thau, volfram, nhôm,
môlipđen, hợp kim cứng, thép… Trong đó đồng đỏ và đồng-volfram là thường
10


dùng nhất. Các loại vật liệu volfram, nhôm, môlipđen, hợp kim cứng, thép… chỉ
được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt.
Trên máy cắt dây người ta thường sử dụng dây cắt làm bằng đồng đỏ,
đồng thau, môlipđen, volfram, bạc hay kẽm có đường kính dây cắt thường từ 0,1
– 0,3mm. Các dây cắt có thể được phủ một lớp kẽm, oxyt kẽm hoặc graphit… để
nâng cao độ bền của dây cũng như cải thiện khả năng sục chất điện môi vào khu
vực cắt.
1.1.4. Khả năng công nghệ.
Bề mặt chi tiết được gia cơng EDM có thể đạt Ra = 0,63µm khi gia cơng

thơ và Ra = 0,16µm khi gia cơng tinh. Thơng thường độ chính xác gia cơng vào
khoảng 0,01mm. Ở các máy khoan tọa độ EDM độ chính xác gia cơng đạt đến
0,0025mm.
Phương pháp này có thể gia cơng những vật liệu khó gia cơng mà các
phương pháp gia công không truyền thống không làm được như thép tơi, thép
hợp kim khó gia cơng, hợp kim cứng. Nó cũng gia cơng được các chi tiết hệ lỗ
có hình dáng phức tạp.
1.1.5. Ưu, nhược điểm
+ Ưu điểm:
 Gia cơng được các loại vật liệu có độ cứng tùy ý
 Điện cực có thể sao chép hình dạng bất kì, chế tạo và phục hồi các khn
dập bằng thép đã tôi.
 Chế tạo các lưới sàn, rây bằng cách gia công đồng thời các lỗ bằng những
điện cực rất mảnh.
 Gia cơng các lỗ có đường kính rất nhỏ, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên
đường kính lớn.
 Do khơng có lực cơ học nên có thể gia công hầu hết các loại vật liệu dễ
vỡ, mềm… mà khơng sợ bị biến dạng.
 Do có dầu trong vùng gia công nên bề mặt gia công được tôi trong dầu.
+ Nhược điểm:
 Phôi và dụng cụ (điện cực) đều phải dẫn điện
 Vì tốc độ cắt gọt thấp nên phôi trước gia công EDM thường phải gia công
thô trước.
 Do vùng nhiệt độ tại vùng làm việc cao nên gây biến dạng nhiệt.
11


1.1.6. Ứng dụng
Có thể sử dụng phương pháp này trong một số trường hợp sau:
+ Biến cứng bề mặt chi tiết làm tăng khả năng mài mòn

+ Chế tạo và phục hồi các khuôn dập đã tôi và khuôn bằng hợp kim cứng
+ Các lưới sàng bằng cách gia công đồng thời các lỗ bằng điện cực rất mảnh
+ Mài phẳng, mài tròn, mài sắc hoặc làm rộng lỗ
+ Gia cơng các lỗ có đường kính nhỏ Ø 0,15mm của các vịi phun cao áp có
năng suất cao (từ 15 đến 30s/chiếc), gia công lỗ sâu từ 60mm cho sai số 5µm.
Các lỗ Ø 0,05mm – 1mm với chiều sâu lớn như các lỗ làm mát trong cánh
tuabin làm bằng hợp kim siêu cứng, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường
kính lên đến 67.
+ Lấy các dụng cụ bị gãy và kẹp trong chi tiết (bulông, tarô…)
+ Gia công khuôn mẫu và các chi tiết cần độ chính xác cao bằng vật liệu
hợp kim cứng
1.2. Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện.
Dựa vào các đặc tính thời gian của sự phóng tia lửa điện người ta có thể
nhận ra các đặc tính về điện. Các đặc tính này chính là các thơng số điều chỉnh
quan trọng nhất của q trình gia cơng.
Mỗi máy phát của thiết bị gia cơng tia lửa điện đều có nhiệm vụ là cung
cấp năng lượng làm việc cần thiết. Trước đây người ta dùng các máy phát có tụ
bù. Nhược điểm của loại máy này là 50% năng lượng tích trữ trong điện trở nạp
bị biến thành nhiệt. Vì vậy, loại máy này có hiệu suất khoảng 50%.
Ngày nay do sự phát triển của khoa học kỹ thuật các máy phát hiện đại
của một thiết bị gia công tia lửa điện là một máy phát xung tĩnh. ở đây năng
lượng được điều khiển bằng điện tử như phát xung tĩnh có ưu việt lớn ở độ linh
hoạt của các thơng số điều chỉnh. Qua đó mỗi trường hợp gia cơng có thể được
giải quyết dưới quan điểm là điện cực phải ít mịn nhất và chất lượng bề mặt gia
công là tối ưu. Muốn vậy, tất cả các thông số của q trình gia cơng phải được
điều chỉnh phù hợp.
Các thơng số đó gồm:
a) Điện áp đánh lửa Uz.
Đây là điện áp cần thiết để dẫn tới sự phóng tia lửa điện. Nó được cung
cấp cho điện cực và phơi khi máy phát đựơc đóng điện, gây ra sự phóng tia lửa

điện để đốt cháy vật liệu. Điện áp đánh lửa Uz càng lớn thì phóng điện càng
nhanh và cho phép khe hở phóng điện càng lớn.
12


b) Thời gian trễ đánh lửa td.
Đó là thời gian lúc đóng điện máy phát và lúc xảy ra phóng tia lửa điện.
Khi đóng điện máy phát, lúc đầu chưa xảy ra điều gì. Điện áp duy trì ở giá trị
của điện áp đánh lửa Uz, dòng điện vẫn bằng không. Sau một thời gian trễ td
mới xảy ra sự phóng tia lửa điện. Dịng điện từ khơng vọt lên giá trị Ie.
c) Điện áp phóng tia lửa điện Ue.
Khi bắt đầu phóng tia lửa điện thì điện áp sụt tử Uz xuống giá trị Ue. Đây
là điện áp trung bình trong suốt thời gian phóng tia lửa điện. U e là một hằng số
vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phơi. Ue khơng điều chỉnh được.
d) Dịng phóng tia lửa điện Ie.
Dịng điện Ie là giá trị trung bình của dịng điện từ khi bắt đầu phóng tia
lửa điện đến khi ngắt điện. Khi bắt đầu phóng tia lửa điện, dịng điện từ khơng
tăng vọt lên giá trị Ie, kèm theo sự đốt cháy. Ie ảnh hưởng lớn nhất lên lượng hớt
vật liệu, lên độ mòn điện cực và chất lượng bề mặt gia cơng. Nhìn chung khi I e
càng lớn thì lượng hớt vật liệu càng lớn, độ nhám gia cơng càng lớn nhưng độ
mịn điện cực giảm.
e) Thời gian phóng tia lửa điện te.
te là khoảng thời gian giữa lúc bắt đầu phóng tia lửa điện và lúc ngắt điện,
tức thời giancó dịng Ie trong một lần phóng điện.
f) Độ kéo dài xung ti.
Đây là khoảng thời gian giữa hai lần đóng-ngắt của máy phát trong cùng
một chu kỳ phóng tia lửa điện. Độ kéo dài xung ti là tổng của thời gian trễ đánh
lửa Id và thời gian phóng tia lửa điện te:
ti = td + te
Độ kéo dài xung ảnh hưởng lên:

 Tỷ lệ hớt vật liệu
 Độ mòn điện cực
 Chất lượng bề mặt gia công.

g) Khoảng cách xung to.
Đây là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt của máy phát giữa hai chu
kỳ xung kế tiếp nhau, t0 còn được gọi là độ kéo dài nghỉ của xung.
Ta phải giữ cho t0 nhỏ nhất có thể được để đạt được một lượng hớt vật
liệu tối đa, nhưng đồng thời phải đảm bảo khoảng cách xung t 0 phải đủ lởn để có
đủ thời gian thơi ion hố chất điện mơi trong khe hở phóng điện. Nhờ đó sẽ
13


tránh được các lỗi của quá trình như sự tạo thành hồ quang hoặc đóng ngắn
mạch. Cũng trong khoảng thời gian t0, dòng chảy sẽ đẩy các phoi liệu bị ăn mịn
ra khỏi khe hở phóng điện.
1.3. Lượng hớt vật liệu.
Sự đồng đều khi hớt vật liệu:
Trên thực tế bề mặt phôi và bề mặt điện cực không phẳng như ta tưởng
tượng mà nó có các nhấp nhơ. Khoảng cách giữa hai bề mặt điện cực trong toàn
bề mặt thực tế là khơng cố định mà nó thay đổi do các nhấp nhô.
Nếu trên bề mặt phôi xuất hiện một miệng núi lửa rất nhỏ ở điểm A nào
đó và có khoảng cách gần nhất tới điện cực. Khi một điện áp thích hợp được đặt
giữa hai điện cực (dụng cụ và phơi), một trường tĩnh điện có cường độ lớn được
sinh ra nó gây ra sự tách các electron từ cực âm A. Các electron được giải phóng
này được tăng tốc về phía cực dương, sau khi đạt được tốc độ đủ lớn các
electron này va đập với các phần tử điện mơi, bắn phá các phần tử đó thành các
electron và các ion dương. Các electron vừa sinh ra lại được tăng tốc và nó lại
đánh bật các electron khác từ các phần tử dung dịch điện môi. Cứ như vậy, một
cột hẹp các phần tử dung dịch điện mơi bị ion hố được sinh ra tại điểm A nối

hai điện cực lại với nhau (sinh ra một dịng thác điện tử, cột phần tử bị ion hố
tăng lên và có tính dẫn điện mạnh-tia lửa điện). Kết quả là tia lửa điện này là
một sóng chèn ép lớn được sinh ra và có nhiệt độ rất lớn tăng lên trên các điện
cực (10000÷120000C). Nhiệt độ lớn này làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu điện
cực, vật liệu nóng chảy bị dịng dung mơi cuốn đi và một vết lõm trên hai bề mặt
đựơc sinh ra. Ngay lúc đó thì khoảng cách giữa hai điện cực tại A tăng lên và vị
trí tiếp theo có khoảng cách ngắn nhất giữa hai điện cực là một vị trí khác (ví dụ
tại B). Tương tự khi nguồn điện áp đựơc đóng ngắt một lần nữa, chu kỳ trên
được lặp lại, tia lửa điện tiếp theo được sinh ra tại vị trí B. Cứ như vậy khi máy
phát đóng ngắt liên tục thì sự phóng tia lửa điện sẽ sản sinh ra một loạt miệng
núi lửa kế tiếp nhau trên toàn bề mặt điện cực. Kết quả là vật liệu được hớt đi
một cách đồng đều trên toàn bề mặt điện cực (phôi).
Bề mặt được gia công tia lửa điện sẽ hình thành do sự tạo nên các “miệng
núi lửa” li ti đó. Nếu năng lượng do phóng tia lửa điện được giảm một cách hợp
lý thì các “miệng núi lửa” sẽ có kích thứơc cực nhỏ và ta nhận được một bề mặt
có độ bóng cao.

Hình 1.7: Các ”miệng núi lửa” được hình thành liên tiếp

14


Các đặc tính tách vật liệu đầu tiên phụ thuộc vào năng lượng tách vật liệu We
We = Ue.Ie.te
Trong đó: Ue, Ie là các giá trị trung bình của điện áp và dòng tia lửa điện
được lấy trong khoảng thời gian xung. Do Ue là một hằng số vật lý phụ thuộc
vào cặp vật liệu điện cực/phôi nên về thực chất, năng lượng tách vật liệu chỉ phụ
thuộc vào dòng điện và thời gian xung.
Dòng điện tổng cộng trong kênh plasma qua khe hở phóng điện là tổng
của dịng các điện tử chạy tơi cực dương (canơt) và dịng các ion dương chạy tới

cực âm (anôt). Do khối lượng của các ion dương lớn hơn trên 100 lần so với
khối lượng của các điện tử, nên có thể bỏ qua tốc độ của các ion dương khi xuất
phát các xung điện so với tốc độ của điện tử.
Mật độ điện tử tập trung tới bề mặt cực dương (anôt) cao hơn nhiều lần so
với mật độ ion dương tập trung tới bề mặt cực âm (anôt) trong khi mức độ tăng
của dòng điện rất lớn trong khoảnh khắc đầu tiên của sự phóng điện. Điều này là
nguyên nhân gây ra sự nóng chảy rất mạnh ở cực dương (catơt) trong chu kỳ
này. Dòng ion dương chỉ đạt tới cực âm (catơt) trong micro giây đầu tiên. Chính
các ion dương này gây ra sự nóng chảy và bốc hơi của vật liệu điện cực catơt.
Do đó có hiện tượng điện cực bị mòn.
Sở dĩ vật liệu lỏng được tống ra khỏi khe hở giữa hai điện cực là :
 Do vật liệu điện cực khi tiếp xúc với plasma ở một pha có áp lực cao tới
1Kbar và nhiệt độ cực cao tới 100000C trong kênh plasma.
 Do sự đột ngột biến mất của kênh plasma khi dòng điện bị ngắt. Ngay tức
khắc áp suất tụt xuống bằng áp suất xung quanh sau khi ngắt dòng điện. Nhưng
nhiệt độ của dòng chất lỏng không tụt nhanh như thế. Điều này gây ra sự nổ và
bốc hơi của chất lỏng nóng chảy hiện có. Tốc độ cắt dịng điện và mức độ sụt
của xung dòng điện sẽ quyết định tốc độ sụt áp suất và sự bắt buộc nổ vật liệu
chảy lỏng. Thời gian sụt của dòng điện là yếu tố quyết định đối với độ nhám bề
mặt gia công.
1.4. Chất lượng bề mặt khi gia công tia lửa điện.
Chất lượng bề mặt là một khái niệm tổng hợp, bao gồm:
 Độ nhám bề mặt.
 Vết nứt tế vi trên bề mặt.
 Các ảnh hưởng nhiệt ở lớp bề mặt.

15


a) Về độ nhám bề mặt:

sau khi gia công bề mặt gia cơng khơng hồn tồn phẳng mà nó để lại
nhưng nhấp nhơ, chính là độ nhám bề mặt. Điều này làm giảm đặc tính chống
mài mịn và tăng nguy cơ bị ăn mịn hố học.
Khi gia cơng thơ sẽ có độ nhám rất lớn, tạo ra bề mặt thơ và ngược lại khi
gia công tinh. Bề mặt càng thô thì tính chống mài mịn càng kém và nguy cơ bị
ăn mịn hố học càng cao.

Hình 1.8: Cấu trúc tế vi của chi tiết gia cơng bằng xung định hình

Theo lý thuyết thì bề mặt bị ăn mịn tạo ra những viết lõm hình vịm bán
cầu chồng mép lên nhau. Nhưng trong thực tế thì khơng có sự đều đặn như hình
vẽ, mà hình dạng của chúng thay đổi đi nhiều do hơi kim loại ngưng tụ lại.
Hình trên cho ta thấy cấu trúc tế vi của bề mặt gia cơng bằng tia lửa điện.
Nó khơng đồng đều, nhiều nghiên cứu chứng minh rằng tỉ số của đường kính vết
lõm và chiều sâu lõm và chiều sâu lõm dao động giữa 0,1÷ 0,3.
Độ nhám đầu tiên phụ thuộc vào năng lượng của một lần phóng điện, một
phần điện tích của tụ tạo ra vết lõm, do vậy thể tích của vết lõm tỉ lệ với năng
lượng phóng ra của tụ:

Q

1 2
U .C
2

Trong đó:
Q: Điện tích của tụ.
U: Điện áp giữa hai điện cực.
C: Điện dung của tụ.
Như vậy, thể tích của vế lõm:

V  K .U 2 .C
16


Trong đó:
K: là hệ số phụ thuộc vào vật liệu và điều kiện gia công.
Giả sử V tỉ lệ với lập phương của chiều sâu (R) thì:
2
3

1
3

RMax  K1. V  K 2 .U .C  m.C
3

1
3

Từ thực nghiệm ta nhận thấy muốn đạt R nhỏ thì phải dùng tụ có điện
dung C nhỏ.
Qua nghiên cứu lý thuyết cũng như thực nghiệm, người ta chứng minh
được:
Điện áp giữa hai điện cực tăng (δ tăng) thì độ nhám bề mặt R tăng.
Công suất gia công tăng R tăng.
Vật liệu càng cứng thì độ nhám càng nhỏ.
Độ kéo dài xung t1 cũng nó ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia cơng.
b) Về vết nứt tế vi và lớp ảnh hưởng nhiệt sau khi gia cơng có thể được mơ
tả như hình sau:

Hình 1.9: Cấu trúc bề mặt phơi

Hình trên cho thấy rõ cấu trúc lớp bề mặt phôi và sự thay đổi độ cứng của
chúng theo chiều sâu. Ta phân biệt được các lớp và các cấu trúc sau đây:
1. Lớp trắng: đó là lớp kết tinh lại, với các vết nứt tế vi do ứng suất dư vì
nóng lạnh đột ngột lặp lại. Độ kéo dài xung te càng lớn thì lớp này càng dày.
2. Lớp bị tơi cứng: với cấu trúc dịn, lớp này có độ cứng tăng vọt (trên 1000
HV) so với kim loại nền.
3. Lớp bị ảnh hưởng nhiệt: do nhiệt độ ở đây đã vượt quá nhiệt độ
ostenit(Fe-Fe3C) trong một thời gian ngắn. Độ cứng của lớp này giảm so với lớp
tôi cứng, khoảng dưới 800HV.
17


Dưới cùng là lớp khơng bị ảnh hưởng nhiệt. Nó trở lại độ cứng bình
thường của vật liệu nền.
Nhiệt độ cao sinh ra do sự phóng điện gây ra nóng chảy và bốc hơi vật
liệu, rõ ràng là nhiệt độ này tác dụng lên tính chất của lớp mỏng (2.5-150 m) của
bề mặt gia cơng. Lớp ngồi cùng bị nguội nhanh, đó là nguyên nhân làm lớp này
rất cứng, lớp sát trong lớp này ở trong điều kiện như ram.
Độ cứng lớp bề mặt sau khi gia công sẽ làm cho độ bền mòn tăng lên. Tuy
nhiên, độ bền mỏi giảm do các vết nứt tế vi tăng trên bề mặt trong quá trình làm
nguội nhanh. Hình trên chỉ ra sự so sánh của độ bền mỏi giữa phương pháp phay
và gia cơng tia lửa điện.
Tính chất của lớp mỏng bề mặt không ảnh hưởng nhiều đến độ bền kéo.
Cấu trúc của vật liệu đã bị thay đổi do tia lửa gây ra. Tính chất hố học cũng
thay đổi. Những tính chất này làm tăng sự mài mịn.
1.5. Sự mòn của điện cực.
Q trình gia cơng xung định hình khơng được thực hiện với sự hớt vật

liệu riêng lẻ. Vật liệu được hớt đi từ phôi cho đến khi khe hở giữa điện cực và
phôi lớn đến mức không thể xảy ra sự phóng điện nữa. Nếu điện cực tịnh tiến
đều để duy trì được chiều rộng khe hở ban đầu thì nó sẽ gia cơng ngày càng sâu
hơn vào vật liệu phôi tạo ra một âm bản của điện cực ở trong phơi.
Tuy nhiên trong qua trình gia cơng, chính điện cực cũng bị hớt đi một lớp
mỏng vật liệu của nó, tuy rất nhỏ so với lượng hớt vật liệu của phôi. Sự hớt vật
liệu từ điện cực này là khơng mong muốn vì nó gây ra sự mịn điện cực.
Có thể giữ cho độ mịn điện cực là nhỏ nhất bằng cách chọn vật liệu điện
cực phù hợp và phôi, và xác định sự đấu cực phù hợp. Việc chọn các tham số ăn
mòn điện cực cũng tác động lên độ mịn điện cực. Chính do sự mịn điện cực mà
nó gây ra sự khơng chính xác khi gia cơng.
Độ mịn tương đối  của điện cực :

 

VE
.100%
VW

Trong đó:
VE: Thể tích vật liệu bị mất đi ở điện cực.
VW: Thể tích vật liệu phơi được hớt đi.
Ảnh hưởng lên độ mòn tương đối θ của điện cực có các yếu tố sau:
 Sự phối hợp điện cực/phôi.
18


 Dòng điện Ie, hay bước dòng điện.
 Độ kéo dài xung
 Sự đấu cực.

Giá trị độ mòn được xác định chủ yếu bởi sự phối hợp vật liệu điện
cực/phôi
Thông thường khi gia công các loại khuôn khác nhau người ta chọn các
vật liệu cho điện cực và phôi theo bảng sau:
Tình trạng gia cơng
Kiểu khn

khn đúc
nhơm

Khn thiêu
kết

khn đúc
và khn
nhựa

khn ép

Vật liệu điện cực

Vật liệu

Các bít Các bít

gia cơng

Bề mặt

Thép

Thơ

A

A

B

B

Thép

Tinh

B

B

A

A

Các bít

Thơ

C

C

A

A

Các bít

Tinh

D

D

A

A

Thép

Thơ

A

B

A

B

Thép

Tinh

B

C

A

A

Các bít

Thơ

C

C

A

A

Các bít

Tinh

D

D

A

A

Thép

5÷10 μRmax

B

D

A

B

Thép

10÷20

A

C

A

B

Thép

20÷30

A

B

B

E

Thép

30÷50

A

A

E

E

Thép

50÷100

B

A

E

E

Thép

100÷200

C

A

E

E

Thép

10÷20

A

C

B

E

Thép

20÷30

A

B

E

E

Thép

30÷50

A

A

E

E

Thép

50÷100

B

A

E

E

Thép

100÷200

C

A

E

E

Thép

Hơn 200

D

A

E

E

19

Đồng Than Đồng

Bạc


Bề mặt tinh: 5÷30 μRmax.
Bề mặt thơ: 30÷200 μRmax
A: Tốt
B: Bình thường khá tốt
C: Xấu kém (mịn điện cực lớn)
D: Tồi tệ (mòn điện cực lớn nhất)
E : Điện cực đắt tiền
Chú thích cho các thơng tin ở trên:
A: Điện cực đồng là tốt hơn điện cực Grafit khi gia công bề mặt tinh
nhưng với gia công bề mặt thô điện cực Grafit tốt hơn điện cực đồng.
B: Khi gia cơng với dịng điện có cường độ (cắt thơ) bằng điện cực đồng
sẽ gây ra ăn mòn lớn: Khi gia cơng với dịng điện có cường độ thấp (gia cơng
tinh) bằng điện cực Grafit thì điện cực sẽ bị ăn mịn thấp
C: Với cường dịng điện cao thì thu được bề mặt thơ hơn và dịng điện
thấp hơn sẽ thu được bề mặt tinh hơn.
D: Với vật liệu của miếng gia cơng là cứng như các bít thì điện cực bằng
các bít đồng và các bít bạc sẽ tốt hơn điện cực đồng và grafit. Nếu vật gia công
không quá cứng ví dụ như thép thì điện cực đồng, grafit là tốt hơn.

20


Bài 2
Gia cơng trên máy cắt dây Molipden

Mục tiêu
- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý và các bước vận hành máy cắt dây
molipden;
- Vận hành thành thạo máy cắt dây molipden;
- Nối được dây và thiết lập được điểm gốc phơi phù hợp;
- Thiết lập được quy trình gia công và gia công được các sản phẩm theo
bản vẽ.
- Rèn luyện tính kỷ ḷt, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực
sáng tạo trong học tập.
Nội dung
2.1. Cấu tạo, nguyên lý và vận hành máy cắt dây Molipden.
2.1.1. Cấu tạo
* Gia công tia lửa điện bằng máy cắt dây cnc: Điện cực là một sợi dây
kim loại mảnh (d = 0,1 - 0,3 mm) được quấn liên tục và chạy dao theo một công
tua xác định. Trong q trình gia cơng, dây chuyển động lên xuống để tránh
mòn cục bộ tránh hiện tượng đứt dây hoặc khơng chính xác.

Hình 2.1: Máy cắt dây Molipden

21


 Cấu tạo máy cắt dây Molipden:

Hình 2.2: Cấu tạo máy cắt dây Molipden

 Điều khiển động cơ vòng lặp kín, vị trí bàn thao tác được đo trực tiếp
bằng máy tính để điều khiển động cơ servo hoặc động cơ bước, đảm bảo độ
chính xác cao khi gia cơng.
 Băng máy tuyến tính độ chính xác cao cho các trục X, Y,Z.

 Dạng hộp thoại biên tập, dễ dàng sử dụng.
 Trục vít me dẫn động độ chính xác cao cho các trục X,Y,Z.
 Hệ thống bôi trơn trung tâm, đảm bảo bơi trơn đủ và chính xác cho mỗi
trục.
 Bạc đạn đỡ các trục vít me có tải trọng lớn và độ chính xác, tuổi thọ cao
 Độ dịch chuyển các trục được tính tốn chính xác bằng máy tính tốc độ
cao, đảm bảo hiệu quả tối ưu trong gia cơng và giảm thấp nhất mài mịn của điện
cực.
 Sử dụng MOSFET tốc độ cao, tin cậy và bền
22


 Các thành phần của máy cắt dây
Máy cắt dây tia lửa điện thường được chia thành 4 phần :
 Hệ thống cơ khí :thân máy, bàn máy, hệ thống dẫn dây..
 Hệ thống điện môi: thùng chứa điện môi, hệ thống lọc, hệ thống
trao đổi ion
 Tủ điện nguồn
 Hệ điều khiển số CNC
Dây Cắt
Dây cắt thường chỉ sử dụng một lần, nhưng cũng có loại có thể sử dụng
được nhiều lần. Trong gia công cắt dây, vật liệu làm điện cực phải đáp ứng được
những yếu tố sau:
 Dẫn điện tốt
 Có nhiệt độ nóng chảy cao
 Có độ giãn dài cao
 Có tính dẫn nhiệt tốt
Dây cắt được chia làm 2 loại:
Loại không lớp phủ và loại có lớp phủ có thể là kẽm, đồng đỏ, ơxyt kẽm. Dây
cắt có lớp phủ cải thiện đáng kể khả năng cắt hơn so với dây không lớp phủ.

Chất điện mơi
Chất điện mơi và sự sục rửa có các những tác dụng sau:
 Cách ly khe hở gia công trước khi một lượng lớn năng lượng
được tích lũy tạo ra sự phóng điện vào một vùng nhỏ.
 Khơi phục điều kiện khe hở mong muốn bằng phương pháp làm
lạnh khe hở và khử ion hóa.
 Rửa trơi phơi ra khỏi vùng gia công, đồng thời làm nguội dây và
chi tiết gia công.
Phần mềm điều khiển
Máy cắt dây sử dụng phần mềm AutoCut
AutoCut là phần mềm gia công tia lửa điện bằng dây thế hệ mới, AutoCut có
thể chạy trên nềm tảng Windows XP hoặc Windows 7 với nhiều tính năng ưu việt,
giao diện tiếng anh dễ sử dụng, có thể gia công trực tiếp từ phần mềm AutoCad.
23


2.1.2. Nguyên lý hoạt động
Dây cắt này được dẫn hướng thơng qua 2 cơ cấu dẫn hướng. Tùy vào
đường kính của dây cắt mà đường kính trong của lỗ cơ cấu dẫn hướng có giá trị
phù hợp với nó.
Chuyển động của dây cắt được điều khiển theo một đường bao nằm trong
hệ tọa độ XY. Thường thì bàn máy được điều khiển CNC để tạo ra chuyển động
theo các phương X và Y. Kết hợp dịch chuyển phụ đầu dẫn dây trên và dưới
theo trục U, V tạo ra các góc nghiêng giây giúp máy gia cơng cắt được các góc
cơn từ 20-30o tùy thuộc vào chiều dầy phơi gia cơng.

Hình 2.3: Sơ đồ tổng quan

Chuyển động được điều khiển này tạo thành một đường liên tục với độ
chính xác khoảng 0,001mm và chuyển động này phải được lập trình bằng các

phần mềm CAD/CAM có modul cho máy cắt dây. Cũng có thể lập trình bằng
tay cho các ứng dụng đơn giản.

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý

24